JP4203635B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置及びその方法に関し、特に任意の形状の開口を有するマスクの像を被加工物上に投影し加工を行うレーザ加工装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上述したレーザ加工装置に関する従来技術について図を用いて説明する。図７は従来のレーザ加工装置の構成を示す概略図である。図７において７１はレーザ発振器、７２はレーザビームであり図中にプロファイルを点線で示した。７３はテレスコープ、７４はマスク、７５は投影レンズ、７６は被加工物である。
【０００３】
レーザ発振器７１から出射したレーザビーム７２はテレスコープ７３を通過しマスク７４に入射する。マスク７４は大きさが可変であり、加工したい穴の大きさによりマスクの口径の大きさを決定する場合や大きさは可変ではなく加工に応じて大きさの違うマスクを用いる場合もある。またテレスコープ７３はマスクに入射するレーザビーム７２のビーム径と波面の曲率が加工に対し最適になるように設計される。そして投影レンズ７５がマスクの像を加工対象物７６に投影し例えばプリント基板などの被加工物に対し穴開け加工を行う。
【０００４】
また従来技術において、ガルバノミラーによりレーザビームをスキャンしたり、加工と加工の間にステージを高速で移動するなどして、短時間に多数の加工を行うなどの工夫が見られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来技術で示したようなレーザ加工装置は、以下に記すような課題がある。レーザ加工のうち例えば焼き入れ、溶接、樹脂にガラス繊維が多く含まれる場合のビルドアップ多層基板の穴開け等の加工に対し、被加工物上におけるレーザビームの強度分布は均一な分布をしているのが望ましい。ところがＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等の場合、レーザビームの強度分布は光軸付近は強度が強く、周辺に行くにつれ強度が指数関数的に弱くなる、いわゆるガウス分布に近い場合が多い。このようなレーザビームを、例えば上述したビルドアップ多層基板の穴開けに用いた場合、ビア内壁の繊維突出部が長くなり、メッキなどの後工程の不良の原因となる。
【０００６】
また従来例のようなレーザ加工装置に関しては、コリメータを用いてマスクの開口部に対しレーザビームを十分大きく拡大し、レーザビームの光軸とその近傍の強度の強い領域のみを加工に用いるなどの工夫が見られるが、このような工夫を行った場合、マスクの遮蔽部により遮断されるレーザビームのエネルギーが大きくなり結果としてエネルギーの利用率低下を招く。
【０００７】
また従来ではマルチモードレーザビームを発生させ、レーザビームの強度分布を均一な分布に近づけて用いる方法がある。しかしマルチモードのレーザビームは、一般にレーザ出力の変化に伴ってその次数が変化し、強度分布が変動しやすい。その結果、加工面における強度分布が変化し、加工性能を安定させることが出来ないという問題点がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクと、前記レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にする手段と、任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、前記マスクのパターンを加工対象物に投影する光学系とを用いて構成するものであり、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【０００９】
さらに具体的に本発明は、所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段を有し、この手段は、レーザビーム強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において強度変換素子により乱れたレーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成するものであり、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【００１０】
また本発明は、上記の所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段において、強度変換素子の手前にテレスコープを設置し、強度変換素子に入射するレーザビームのビーム径のばらつきを制限するものであり、これにより安定した品質の良い加工が出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明における第１の発明は、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクと、前記レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にする手段と、任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、前記マスク上において任意の倍率で再度均一な強度分布にする変換を行って出力する変倍投影光学系と、前記マスクの像を加工対象物に投影する光学系とを有するレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１３】
本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段が、さらに、前記レーザビームのビーム径を調整するテレスコープを用いて構成されることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により、テレスコープにより強度変換素子に入射するレーザビームのビーム径を安定させることができる結果、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた安定した均一な分布になり、品質のよい安定した加工が可能となる。
【００１４】
さらに具体的なものとして本発明の第３の発明は、第１または第２の発明において、前記強度変換素子及び前記位相整合素子が、いずれも一方の面が非球面から構成される非球面レンズであることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１６】
また本発明の第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、前記変倍投影光学系が、任意の個数の着脱可能な透過又は反射型素子を用いて構成されることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１７】
また本発明の第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、前記マスクの透過領域が円形で且つ前記マスクの透過領域の大きさが可変であることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１８】
また本発明の第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、前記レーザビームが、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
ここで、第７の発明として、第１から第６のいずれかの発明によるレーザ加工装置において、前記マスクの位置と前記加工対象物の位置とを、前記マスクの像を加工対象物に投影する光学系からみて共役な関係とするのが、好適である。
あるいは、第８の発明として、第１の発明によるレーザ加工装置において、さらに、前記変倍投影光学系に入れるレーザビームの位相を揃える位相整合素子を設け、前記変倍投影光学系が前記位相整合素子と前記マスクの位置とを共役な関係に保つように構成しても良い。
【００１９】
本発明における第９の発明は、レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にするステップと、任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、マスク上において任意の倍率で再度均一な強度分布にする変換を行って出力する変倍投影ステップと、前記マスク上において前記再度均一な強度分布となる変換を行って出力された前記レーザビームの透過領域を任意の形状に制限する領域制限ステップと、前記透過領域を任意の形状に制限されたレーザビームを加工対象物に投影して加工を行う加工ステップとを有するレーザ加工方法であり、この手法により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２０】
本発明の第１０の発明は、第９の発明において、さらに、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする均一化ステップを有し、前記均一化ステップが、前記レーザビームの強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換を行う強度変換ステップと、前記所定の位置において前記強度変換されたレーザビームの位相を揃える位相整合を行う位相整合ステップとを有することを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２１】
本発明の第１１の発明は、第９の発明において、さらに、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする均一化ステップを有し、前記均一化ステップが、前記レーザビームのビーム径を調整する径調整ステップと、前記ビーム径を調整されたレーザビームの強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換を行う強度変換ステップと、前記所定の位置において前記強度変換されたレーザビームの位相を揃える位相整合を行う位相整合ステップとを有することを特徴とするレーザ加工方法であり、この方法により、レーザビームのビーム径を調整するテレスコープで、強度変換する素子に入射するレーザビームのビーム径を安定させることができ、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた安定した均一な分布になり、品質のよい安定した加工が可能となる。
【００２２】
また本発明の第１２の発明は、第１０または第１１の発明において、前記強度変換に用いる素子及び前記位相整合に用いる素子が、いずれも一方の面が非球面から構成される非球面レンズであることを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により、加工対象物においてレーザビームの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２４】
また本発明の第１３の発明は、第９から第１２のいずれかの発明において、前記変倍投影ステップが、任意の個数の着脱可能な透過又は反射型素子を用いて行われることを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により、加工対象物においてレーザビームの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２５】
また本発明の第１４の発明は、第９から第１３のいずれかの発明において、前記領域制限ステップでは、前記制限される透過領域が円形で且つ前記制限される透過領域の大きさが可変であることを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により、加工対象物においてレーザビームの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２６】
また本発明の第１５の発明は、第９から第１４のいずれかの発明において、前記レーザビームが、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されることを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により、加工対象物においてレーザビームの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態におけるレーザ加工装置の概略構成図である。図１において、１１はレーザ発振器でありＴＥＭ00モードのレーザビームを発振するＣＯ２レーザ発振器を用いた。１２はＣＯ２レーザビームであり、図中にプロファイルを点線で示した。１３はテレスコープであり、本実施の形態においては、凸レンズ２枚から構成されるケプラー型テレスコープとした。そして１４は強度変換素子、１５は位相整合素子、１６は変倍投影光学系、１７はマスク、１８は投影レンズ、１９は加工対象物である。
【００２８】
次に動作について説明する。ＣＯ２レーザ発振器１１から出射したＣＯ２レーザビーム１２は、テレスコープ１３によりビーム径を調整されながら、強度変換素子１４に入射する。強度変換素子１４、位相整合素子１５を透過したＣＯ２レーザビーム１２の強度分布は、ガウス分布から均一な分布に変換される。
【００２９】
図２は、図１のレーザ加工装置における強度変換素子１４及び位相整合素子１５の拡大図であり、レーザビームの強度分布を光線密度で表している。図２において、１４ａは強度変換素子のＣＯ２レーザビーム１２の入射側の面であり、平面である。１４ｂは強度変換素子のＣＯ２レーザビーム１２の出射側の面であり、非球面である。１５ａは位相整合素子１５のＣＯ２レーザビーム１２の入射側の面であり、非球面である。１５ｂは位相整合素子のＣＯ２レーザビーム１２の出射側の面であり、平面である。すなわち本実施の形態において、強度変換素子１４及び位相整合素子１５は、一方の面が平面、他方の面が非球面から構成される非球面レンズである。
【００３０】
強度変換素子１４の非球面部において、ビーム強度の強い中央部ではビームを広げ、逆にビーム強度の弱い周辺部はビームの広げ方を中央部に比べ少なくするようにして、ビーム強度を均一にする。一方広げられた各ビームを平行ビームあるいは収束ビームあるいは発散ビームに戻す。なお定性的な説明を行なうため、ここでは幾何光学的にレーザビームを光線にたとえたが、より厳密な波動光学的な考え方では、強度変換素子１４は非球面１４ｂによりＣＯ２レーザビーム１２の波面を球面あるいは平面から歪ませることで、位相整合素子１５の位置でＣＯ２レーザビーム１２を均一な強度分布とする。
【００３１】
また位相整合素子１５は、非球面１５ａにより、強度変換素子１４により歪まされた波面を平面または球面に揃える。よって位相整合素子１５の位置においてＣＯ２レーザビーム１２の強度分布は、均一となりかつ位相も揃う。
【００３２】
図３（ａ）はガウス分布をしているＣＯ２レーザビーム１２の強度変換素子の入射側面１４ａでの強度分布、図３（ｂ）は均一な分布をしているＣＯ２レーザビーム１２の位相整合素子の出射側面１５ｂでの強度分布を表している。
【００３３】
位相整合素子１５を透過したＣＯ２レーザビーム１２は、変倍投影光学系１６を透過し、マスク１７に入射する。変倍投影光学系１６は、位相整合素子１５の位置の像をマスク１７の位置に投影する。つまり変倍投影光学系１６に対し、位相整合素子１５の位置とマスク１７の位置は共役な関係にある。つまり、位相整合素子１５の位置で均一な強度分布と揃った位相分布を持つレーザビームは、伝播とともに強度分布の均一性が失われるが、変倍投影光学系１６で投影されたマスク１７の位置で再び均一な強度分布になる。なおマスク１７において、位相分布も揃ったものとなる。なお、変倍投影光学系１６の投影倍率は可変であり、マスク１７の位置でのレーザビームの強度分布の領域の大きさを調整できる。
【００３４】
図４は、マスク１７をレーザビームの光軸にそった方向から見た図である。図４において、斜線部が遮蔽部、遮蔽部の内側が開口部である。本実施の形態では、開口部は円形とした。また、開口部の大きさは可変とすることができ、このようにすることで加工に適した大きさに調節することができる。変倍投影光学系１６は、ＣＯ２レーザビーム１２がマスク１７の開口部の大きさに対して最適な領域を照射するように、位相整合素子１５の位置におけるレーザビームの強度分布をマスク１７上に投影する。
【００３５】
図５はマスクの開口部の大きさとレーザビームの照射領域の関係を表す図である。図５においてレーザビームの強度分布を点線で示した。
【００３６】
図５（ａ）はマスクの開口部の大きさに対しレーザビームの照射領域が小さい場合である。このような場合、マスクの開口部の内側にのみレーザビームの強度が存在し、マスクで遮蔽する意味がない。
【００３７】
また、図５（ｂ）のように、マスクの開口部に対してレーザビームの照射領域が大きすぎる場合、マスクの遮蔽部により遮断されるレーザビームのエネルギーの量が多すぎてエネルギーの利用効率が低下する。
【００３８】
本実施の形態では、図５（ｃ）のように、ＣＯ２レーザビーム１２の強度分布の均一な領域の大部分がマスク１７の開口部を照射するような、最適なＣＯ２レーザビーム１２の領域の大きさになるように、変倍投影光学系１６の投影倍率の大きさを調整する。
【００３９】
図６は、本実施の形態における変倍投影光学系の拡大図である。図６において、６１は変倍投影光学系１６を構成する凹レンズ、６２は変倍投影光学系１６を構成する凸レンズである。本実施の形態において、凹レンズ６１が位相整合素子１５側に、凸レンズ６２がマスク１７側に配置され、変倍投影光学系１６として位相整合素子１５の位置におけるレーザビームの強度をマスク１７の位置に投影する。さらに本実施の形態では、凹レンズ６１及び凸レンズ６２は、光軸方向にそってそれぞれ独立に移動可能なものとし、凹レンズ６１及び凸レンズ６２の間の距離を変えることにより、２つのレンズの合成焦点距離つまり変倍投影光学系１６の焦点距離を変えることが可能となる。変倍投影光学系１６の焦点距離は、以下の（数１）で示される。
【００４０】
【数１】

Figure 0004203635
【００４１】
（数１）において、ｆは変倍投影光学系１６の焦点距離、ｆ１は凹レンズ６１の焦点距離の絶対値、ｆ２は凸レンズ６２の焦点距離の絶対値、ｄは凹レンズ６１と凸レンズ６２の間隔である。（数１）によると、凹レンズ６１と凸レンズ６２の間隔を長くするほど、変倍投影光学系１６の焦点距離を短く出来る。すなわち変倍投影光学系１６は、凹レンズ６１と凸レンズ６２を光軸方向にそって移動しながら焦点距離を変化させることで、位相整合素子１５とマスク１７の位置を共役な関係に保ちながら、投影倍率を変化させることが出来る。よってマスク１７上でのレーザビームの強度分布は均一なものとなる。
【００４２】
さらにマスク１７の開口部の大きさを変化させる場合も、その大きさの変化に合わせて変倍投影光学系１６の投影倍率を変化させることで、常にマスク１７の開口部の大きさに最適な領域にＣＯ２レーザビーム１２の強度分布の大きさを変化させることが出来る。
【００４３】
次に、マスク１７の開口部におけるレーザビームの強度分布は、投影レンズ１８により加工対象物１９上に投影される。マスク１７の位置と加工対象物１９の位置は、投影レンズ１８からみて共役な関係にあるので、被加工物１９上におけるＣＯ２レーザビーム１２の強度分布も均一になる。
【００４４】
なお、マスク１７の大きさは可変であるとし、マスク１７の大きさと投影レンズ１８の積で与えられる加工対象物１９でのＣＯ２レーザビーム１２の強度分布の大きさを、必要に応じて変化させることが出来る。
【００４５】
以上のように本実施の形態によれば、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクと、所定の位置におけるレーザビームの均一な強度分布をマスクの透過領域に対し適切な倍率でマスク上に投影する変倍投影光学系と、マスクのパターンを加工対象物に投影する光学系とを用いて構成することにより、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【００４６】
さらに、所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段を配置し、この手段が、レーザビーム強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において強度変換素子により乱れたレーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成することにより、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【００４７】
さらに、上記の所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段が、強度変換素子の手前に設置されたテレスコープを有する場合、強度変換素子に入射するレーザビームのビーム径のばらつきを制限することができるため、これにより安定した品質の良い加工が出来る。
【００４８】
なお本実施の形態において、レーザ発振器から発振されるレーザビームはＴＥＭ00モードとしたが、高次のモードが混じったレーザビームであっても、あるいは導波モードであっても、不安定共振器から発振するモードであっても、強度変換素子と位相整合素子をこれらのモードに対し最適に設計することで実現可能である。
【００４９】
なお本実施の形態において、マスク１７は開口部の大きさが可変としたが、マスクの大きさを固定として着脱可能とし、加工に応じて最適な開口部の大きさのマスクに交換してもよい。
【００５０】
また、マスク１７の開口部の形状を円形としたが、円形に限ることは無いことは言うまでもない。
【００５１】
また、変倍投影光学系１６を凹レンズ６１と凸レンズ６２から構成したが、レンズの枚数は２枚に限定されるものではなく、それ以上で構成しても構わない。
【００５２】
さらに変倍投影光学系１６は、レンズでなく反射鏡等からも構成可能である。要するに位相整合素子１５の位置の強度及び位相をマスク１７の位置に投影するものであれば、変倍投影光学系１６の構成はレンズのような透過型の素子に限らず、反射型の素子やその他の素子を用いて構成しても良い。
【００５３】
さらに変倍投影光学系１６は、光軸方向に沿って移動可能な要素から構成したが、個々の構成要素を着脱可能とし、マスクの大きさに応じて最適な投影倍率で投影できるように、その都度光学系を構成する方式にしてもよい。
【００５４】
なお、本実施の形態では、変倍投影光学系１６に入射するレーザビームは、テレスコープ１３と、所定の位置でレーザビームの強度分布を均一にする手段すなわちここでは強度変換素子１４及び位相整合素子１５とを通過した光としているが、これに限定されるものではなく、変倍投影光学系１６に入射する位置において均一な強度分布を有するレーザビームであれば構わない。
【００５５】
また、所定の位置でレーザビーム１２の強度分布を均一にする手段の一つとして、本実施の形態では、強度変換素子と位相変換素子を２枚の非球面レンズから構成した一例を示したが、バイナリーオプティクスから構成しても良く、枚数も２枚に限らない。
【００５６】
また、所定の位置でレーザビーム１２の強度分布を均一にする手段として、本実施の形態においては透過型素子を用いているが、反射型素子でもよい。
【００５７】
また、所定の位置でレーザビーム１２の強度分布を均一にする手段の一つとして、さらにテレスコープ１３を有する構成も示したが、テレスコープ１３は凸レンズ２枚の構成に限らず、凹レンズと凸レンズからなるガリレイ型テレスコープとしても良く、レンズの枚数も２枚に限らない。さらにテレスコープは、任意の枚数の反射鏡等から構成しても良い。
【００５８】
また、本実施の形態においてレーザビームはＣＯ２レーザビームとしたが、ＹＡＧレーザやＨｅ−Ｎｅレーザ等、加工に適した光ならばなんでもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、より均一な加工が可能となるとともに品質の安定した加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるレーザ加工装置の概略構成図
【図２】本発明の一実施の形態における強度変換素子及び位相整合素子の概略拡大図
【図３】本発明の一実施の形態におけるレーザビームの強度分布を示す概念図
【図４】本発明の一実施の形態におけるマスクの光軸方向から見た概略図
【図５】本発明の一実施の形態におけるマスクの大きさと強度分布の照射領域との関係を示す概念図
【図６】本発明の一実施の形態における変倍投影光学系の概略拡大図
【図７】従来例におけるレーザ加工装置の概略構成図
【符号の説明】
１１ ＣＯ２レーザ発振器
１２ ＣＯ２レーザビーム
１３ テレスコープ
１４ 強度変換素子
１４ａ 強度変換素子の入射側面
１４ｂ 強度変換素子の出射側面
１５ 位相整合素子
１５ａ 位相整合素子の入射側面
１５ｂ 位相整合素子の出射側面
１６ 変倍投影光学系
１７ マスク
１８ 投影レンズ
１９ 加工対象物
６１ 凹レンズ
６２ 凸レンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing apparatus and method, and more particularly to a laser processing apparatus and method for projecting an image of a mask having an opening of an arbitrary shape on a workpiece.
[0002]
[Prior art]
Prior art relating to the above-described laser processing apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a schematic view showing the configuration of a conventional laser processing apparatus. In FIG. 7, 71 is a laser oscillator, 72 is a laser beam, and the profile is indicated by a dotted line in the figure. 73 is a telescope, 74 is a mask, 75 is a projection lens, and 76 is a workpiece.
[0003]
The laser beam 72 emitted from the laser oscillator 71 passes through the telescope 73 and enters the mask 74. The size of the mask 74 is variable. In some cases, the size of the aperture of the mask is determined depending on the size of the hole to be processed, or the size is not variable and a mask having a different size depending on the processing may be used. The telescope 73 is designed so that the beam diameter of the laser beam 72 incident on the mask and the curvature of the wave front are optimized for processing. Then, the projection lens 75 projects the mask image onto the object to be processed 76, and performs a hole forming process on the object to be processed such as a printed board.
[0004]
Further, in the prior art, there are contrivances such as scanning a laser beam with a galvanometer mirror or moving a stage at high speed between processings to perform a large number of processings in a short time.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the laser processing apparatus as shown in the prior art has the following problems. For laser processing, for example, quenching, welding, and drilling of build-up multilayer substrates when the glass contains many glass fibers, the intensity distribution of the laser beam on the workpiece has a uniform distribution. It is desirable. However, in the case of a CO2 laser, a YAG laser, or the like, the intensity distribution of the laser beam is often close to a so-called Gaussian distribution in which the intensity is strong near the optical axis, and the intensity decreases exponentially toward the periphery. When such a laser beam is used, for example, in the above-described drilling of the build-up multilayer substrate, the fiber protruding portion of the inner wall of the via becomes long, causing a post-process failure such as plating.
[0006]
In addition, with respect to a laser processing apparatus such as a conventional example, a laser beam is enlarged sufficiently large with respect to the opening of the mask using a collimator, and only the strong region near the optical axis of the laser beam and its vicinity is used for processing. Although a device can be seen, when such a device is used, the energy of the laser beam blocked by the masking portion of the mask increases, resulting in a decrease in energy utilization rate.
[0007]
Conventionally, there is a method of generating a multi-mode laser beam and using the intensity distribution of the laser beam close to a uniform distribution. However, the order of multimode laser beams generally changes with changes in laser output, and the intensity distribution tends to fluctuate. As a result, there is a problem that the strength distribution on the processed surface changes and the processing performance cannot be stabilized.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present invention relates to a mask that limits a laser beam transmission region to an arbitrary shape , an intensity conversion element that makes the intensity distribution of the laser beam uniform at a predetermined position, and the predetermined position. A means for uniformizing the intensity distribution of the laser beam configured using a phase matching element that aligns the phase of the laser beam disturbed by the intensity conversion element, and an arbitrary number of transmission or reflection type elements. The transmissive or reflective element is moved along the optical axis of the laser beam, and the laser beam having a uniform intensity distribution is configured using an optical system that projects the mask pattern onto a workpiece. In addition, the intensity distribution of the laser beam on the object to be processed becomes a uniform distribution corresponding to the size of the mask, and high quality processing can be performed.
[0009]
More specifically, the present invention includes means for making the intensity distribution of the laser beam uniform at a predetermined position, and the means includes an intensity conversion element for making the laser beam intensity distribution uniform at the predetermined position, and the predetermined element. And a phase matching element that aligns the phase of the laser beam disturbed by the intensity conversion element at the position of the laser beam, and the intensity distribution of the laser beam is uniform according to the mask size on the workpiece. High quality processing is possible.
[0010]
In the present invention, in the means for uniformizing the intensity distribution of the laser beam at the predetermined position, a telescope is installed in front of the intensity conversion element to limit the variation in the beam diameter of the laser beam incident on the intensity conversion element. As a result, stable and high quality processing can be performed.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, a mask that limits a laser beam transmission region to an arbitrary shape , an intensity conversion element that makes the intensity distribution of the laser beam uniform at a predetermined position, and the intensity at the predetermined position A means for making the intensity distribution of the laser beam uniform using a phase matching element that aligns the phase of the laser beam disturbed by the conversion element, and an arbitrary number of transmission or reflection type elements, Scaling is performed by moving a transmissive or reflective element along the optical axis of the laser beam, and converting the laser beam having a uniform intensity distribution into a uniform intensity distribution again at an arbitrary magnification on the mask. A laser processing apparatus having a projection optical system and an optical system for projecting an image of the mask onto a processing target. With this configuration, a laser beam is emitted from the processing target. Becomes uniform distribution degree distribution in accordance with the size of the mask, it is possible to good machining quality.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect , the means for uniformizing the intensity distribution of the laser beam at the predetermined position is further configured using a telescope that adjusts the beam diameter of the laser beam. With this configuration, the beam diameter of the laser beam incident on the intensity conversion element can be stabilized by the telescope, and as a result, the intensity distribution of the laser beam on the object to be processed can be reduced. A stable and uniform distribution according to the size enables stable processing with good quality.
[0014]
More specifically, the third invention of the present invention is the aspherical lens in which the intensity conversion element and the phase matching element are both aspherical in the first or second invention. With this configuration, the intensity distribution of the laser beam on the object to be processed becomes a uniform distribution corresponding to the size of the mask, and high quality processing is possible.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the variable magnification projection optical system is configured using an arbitrary number of detachable transmissive or reflective elements. The laser processing apparatus is characterized, and this configuration makes the intensity distribution of the laser beam uniform on the object to be processed according to the size of the mask, enabling high quality processing.
[0017]
The fifth aspect of the present invention is the laser processing according to any one of the first to fourth aspects, wherein the transmission region of the mask is circular and the size of the transmission region of the mask is variable. With this configuration, the intensity distribution of the laser beam on the object to be processed becomes a uniform distribution corresponding to the size of the mask, and high quality processing is possible.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the laser beam is oscillated using a CO2 laser oscillator. In the processing object, the intensity distribution of the laser beam becomes a uniform distribution according to the size of the mask, and processing with high quality becomes possible.
Here, as a seventh invention, in the laser processing apparatus according to any one of the first to sixth inventions, the position of the mask and the position of the processing object are projected onto the processing object. It is preferable to have a conjugate relationship from the viewpoint of the optical system.
Alternatively, as an eighth invention, in the laser processing apparatus according to the first invention, further provided is a phase matching element for aligning the phase of the laser beam to be input to the variable magnification projection optical system, and the variable magnification projection optical system includes the phase matching You may comprise so that an element and the position of the said mask may be kept in the conjugate relation.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention , there is provided an intensity conversion element that makes the intensity distribution of the laser beam uniform at a predetermined position, and a phase matching element that aligns the phase of the laser beam disturbed by the intensity conversion element at the predetermined position. And a step of making the intensity distribution of the laser beam made uniform using any number of transmissive or reflective elements, and moving the transmissive or reflective elements along the optical axis of the laser beam. A variable magnification projection step for converting the laser beam having a uniform intensity distribution into a uniform intensity distribution again at an arbitrary magnification on the mask and outputting, and a conversion for obtaining the uniform intensity distribution again on the mask An area limiting step for limiting the transmission area of the laser beam output by performing an arbitrary shape, and a laser beam having a transmission area limited to an arbitrary shape. This laser processing method has a processing step for performing processing by projecting the beam onto a processing object. With this method, the intensity distribution of the laser beam on the processing object becomes a uniform distribution according to the size of the mask. It is possible to perform good processing.
[0020]
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the invention, the method further includes a homogenizing step for making the intensity distribution of the laser beam uniform at the predetermined position, wherein the homogenizing step includes the intensity distribution of the laser beam. And a phase matching step for performing phase matching for aligning the phases of the laser beams subjected to the intensity conversion at the predetermined position. With this method, the intensity distribution of the laser beam on the object to be processed becomes a uniform distribution according to the size of the mask, and high quality processing is possible.
[0021]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth aspect of the invention, the method further includes a homogenization step for making the intensity distribution of the laser beam uniform at the predetermined position, wherein the homogenization step includes a beam diameter of the laser beam. A diameter adjusting step for adjusting the intensity of the laser beam, an intensity converting step for converting the intensity of the laser beam whose beam diameter has been adjusted to be uniform at the predetermined position, and a laser beam subjected to the intensity conversion at the predetermined position. And a phase matching step for performing phase matching for aligning the phases of the laser beam. A laser beam incident on an element for intensity conversion by a telescope that adjusts the beam diameter of the laser beam by this method. Therefore, the laser beam intensity distribution on the workpiece can be reduced according to the mask size. And become a uniform distribution was made possible better stable processing quality.
[0022]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect , the element used for the intensity conversion and the element used for the phase matching are both aspherical lenses each having one aspherical surface. This method is a laser processing method characterized in that, by this method, the intensity distribution of the laser beam on the object to be processed becomes a uniform distribution according to the size of the mask that limits the transmission region of the laser beam to an arbitrary shape. Therefore, high quality processing becomes possible.
[0024]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the ninth to twelfth aspects, the variable magnification projection step is performed using an arbitrary number of detachable transmissive or reflective elements. By this method, the intensity distribution of the laser beam on the object to be processed becomes a uniform distribution according to the size of the mask that limits the transmission region of the laser beam to an arbitrary shape, and the quality is high. Processing becomes possible.
[0025]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the ninth to thirteenth aspects, in the area limiting step, the limited transmission area is circular and the size of the limited transmission area is variable. This method is a laser processing method characterized in that, by this method, the intensity distribution of the laser beam on the object to be processed becomes a uniform distribution according to the size of the mask that limits the transmission region of the laser beam to an arbitrary shape. Therefore, high quality processing becomes possible.
[0026]
The fifteenth aspect of the present invention is the laser processing method according to any one of the ninth to fourteenth aspects, wherein the laser beam is oscillated using a CO2 laser oscillator. In the processing object, the intensity distribution of the laser beam becomes a uniform distribution according to the size of the mask that limits the transmission region of the laser beam to an arbitrary shape, and high quality processing is possible.
[0027]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a laser oscillator which uses a CO2 laser oscillator which oscillates a TEM00 mode laser beam. Reference numeral 12 denotes a CO2 laser beam, and the profile is indicated by a dotted line in the figure. Reference numeral 13 denotes a telescope. In the present embodiment, a Keplerian telescope composed of two convex lenses is used. 14 is an intensity conversion element, 15 is a phase matching element, 16 is a variable magnification projection optical system, 17 is a mask, 18 is a projection lens, and 19 is an object to be processed.
[0028]
Next, the operation will be described. The CO2 laser beam 12 emitted from the CO2 laser oscillator 11 enters the intensity conversion element 14 while the beam diameter is adjusted by the telescope 13. The intensity distribution of the CO2 laser beam 12 transmitted through the intensity conversion element 14 and the phase matching element 15 is converted from a Gaussian distribution to a uniform distribution.
[0029]
FIG. 2 is an enlarged view of the intensity conversion element 14 and the phase matching element 15 in the laser processing apparatus of FIG. 1, and represents the intensity distribution of the laser beam as a light beam density. In FIG. 2, 14a is a surface of the intensity conversion element on the incident side of the CO2 laser beam 12, which is a plane. Reference numeral 14b denotes a surface on the emission side of the CO2 laser beam 12 of the intensity conversion element, which is an aspherical surface. Reference numeral 15a denotes a surface on the incident side of the CO2 laser beam 12 of the phase matching element 15, which is an aspherical surface. Reference numeral 15b denotes a surface on the emission side of the CO2 laser beam 12 of the phase matching element, which is a flat surface. That is, in the present embodiment, the intensity conversion element 14 and the phase matching element 15 are aspheric lenses in which one surface is a flat surface and the other surface is an aspheric surface.
[0030]
In the aspherical portion of the intensity conversion element 14, the beam is spread at the central portion where the beam intensity is strong, and conversely, the peripheral portion where the beam intensity is weak is reduced in the way of expanding the beam compared to the central portion, thereby making the beam intensity uniform. To do. On the other hand, the spread beams are returned to parallel beams, convergent beams, or divergent beams. In order to provide a qualitative explanation, the laser beam is geometrically optically compared to a light beam. However, in a more strict wave-optical concept, the intensity conversion element 14 uses the aspherical surface 14b to change the wavefront of the CO2 laser beam 12. By distorting the spherical surface or the flat surface, the CO2 laser beam 12 is made to have a uniform intensity distribution at the position of the phase matching element 15.
[0031]
In addition, the phase matching element 15 aligns the wavefront distorted by the intensity conversion element 14 with a flat surface or a spherical surface by the aspherical surface 15a. Therefore, the intensity distribution of the CO 2 laser beam 12 is uniform and the phase is uniform at the position of the phase matching element 15.
[0032]
3 (a) shows the intensity distribution of the incident side surface 14a of the intensity conversion element of CO2 laser beam 12 has a Gaussian distribution, FIG. 3 (b) of the CO2 laser beam 12 which has a uniform distribution phase matched The intensity distribution on the output side surface 15b of the element is shown.
[0033]
The CO 2 laser beam 12 that has passed through the phase matching element 15 passes through the variable magnification projection optical system 16 and enters the mask 17. The variable magnification projection optical system 16 projects an image of the position of the phase matching element 15 onto the position of the mask 17. That is, with respect to the variable magnification projection optical system 16, the position of the phase matching element 15 and the position of the mask 17 have a conjugate relationship. That is, a laser beam having a phase distribution that is aligned with a uniform intensity distribution at the position of the phase matching element 15 loses the uniformity of the intensity distribution as it propagates, but the position of the mask 17 projected by the variable magnification projection optical system 16 It becomes a uniform intensity distribution again. In the mask 17, the phase distribution is uniform. The projection magnification of the variable magnification projection optical system 16 is variable, and the size of the laser beam intensity distribution region at the position of the mask 17 can be adjusted.
[0034]
FIG. 4 is a view of the mask 17 as seen from the direction along the optical axis of the laser beam. In FIG. 4, the shaded portion is the shielding portion, and the inside of the shielding portion is the opening portion. In the present embodiment, the opening is circular. Further, the size of the opening can be made variable, and in this way, it can be adjusted to a size suitable for processing. The variable magnification projection optical system 16 sets the intensity distribution of the laser beam on the mask 17 at the position of the phase matching element 15 so that the CO2 laser beam 12 irradiates an optimum region with respect to the size of the opening of the mask 17. Project.
[0035]
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the size of the opening of the mask and the irradiation region of the laser beam. In FIG. 5, the intensity distribution of the laser beam is indicated by a dotted line.
[0036]
FIG. 5A shows a case where the laser beam irradiation area is smaller than the size of the opening of the mask. In such a case, the intensity of the laser beam exists only inside the opening of the mask, and there is no point in shielding with the mask.
[0037]
Also, as shown in FIG. 5B, when the laser beam irradiation area is too large with respect to the opening of the mask, the amount of energy of the laser beam blocked by the mask shielding part is too large, and the energy utilization efficiency Decreases.
[0038]
In the present embodiment, as shown in FIG. 5C, an optimum region of the CO2 laser beam 12 in which most of the uniform region of the intensity distribution of the CO2 laser beam 12 irradiates the opening of the mask 17 is obtained. The size of the projection magnification of the variable magnification projection optical system 16 is adjusted so as to be the size.
[0039]
FIG. 6 is an enlarged view of the variable magnification projection optical system in the present embodiment. In FIG. 6, 61 is a concave lens constituting the variable magnification projection optical system 16, and 62 is a convex lens constituting the variable magnification projection optical system 16. In the present embodiment, the concave lens 61 is disposed on the phase matching element 15 side and the convex lens 62 is disposed on the mask 17 side, and the laser beam intensity at the position of the phase matching element 15 as the variable magnification projection optical system 16 is set at the position of the mask 17. Project. Furthermore, in the present embodiment, the concave lens 61 and the convex lens 62 can be moved independently along the optical axis direction, and the combined focal length of the two lenses is changed by changing the distance between the concave lens 61 and the convex lens 62. That is, the focal length of the variable magnification projection optical system 16 can be changed. The focal length of the variable magnification projection optical system 16 is expressed by the following (Equation 1).
[0040]
[Expression 1]
Figure 0004203635
[0041]
In (Equation 1), f is the focal length of the variable magnification projection optical system 16, f1 is the absolute value of the focal length of the concave lens 61, f2 is the absolute value of the focal length of the convex lens 62, and d is the distance between the concave lens 61 and the convex lens 62. is there. According to (Equation 1), the focal length of the variable magnification projection optical system 16 can be shortened as the distance between the concave lens 61 and the convex lens 62 is increased. That is, the variable magnification projection optical system 16 changes the focal length while moving the concave lens 61 and the convex lens 62 along the optical axis direction, thereby maintaining the position of the phase matching element 15 and the mask 17 in a conjugate relationship. The magnification can be changed. Therefore, the intensity distribution of the laser beam on the mask 17 is uniform.
[0042]
Further, when the size of the opening of the mask 17 is changed, the projection magnification of the variable magnification projection optical system 16 is changed in accordance with the change of the size, so that the size of the opening of the mask 17 is always optimum. The intensity distribution of the CO2 laser beam 12 can be changed in the region.
[0043]
Next, the intensity distribution of the laser beam at the opening of the mask 17 is projected onto the workpiece 19 by the projection lens 18. Since the position of the mask 17 and the position of the workpiece 19 are conjugate with each other when viewed from the projection lens 18, the intensity distribution of the CO2 laser beam 12 on the workpiece 19 is also uniform.
[0044]
Note that the size of the mask 17 is variable, and the magnitude of the intensity distribution of the CO 2 laser beam 12 on the workpiece 19 given by the product of the size of the mask 17 and the projection lens 18 is changed as necessary. I can do it.
[0045]
As described above, according to the present embodiment, a mask that limits a laser beam transmission region to an arbitrary shape, and a uniform intensity distribution of a laser beam at a predetermined position at a magnification appropriate to the transmission region of the mask. By using a variable magnification projection optical system that projects onto the optical system and an optical system that projects the mask pattern onto the workpiece, the laser beam intensity distribution on the workpiece is uniform according to the mask size. Distribution with good quality and high quality processing.
[0046]
Further, means for making the intensity distribution of the laser beam uniform at a predetermined position is arranged, and the means includes an intensity conversion element for making the laser beam intensity distribution uniform at the predetermined position, and an intensity conversion element at the predetermined position. By using a phase matching element that aligns the phase of the laser beam disturbed by the laser beam, the intensity distribution of the laser beam on the object to be processed becomes a uniform distribution according to the mask size, and high quality processing is possible. .
[0047]
Furthermore, when the means for uniformizing the intensity distribution of the laser beam at the predetermined position has a telescope installed in front of the intensity conversion element, the variation in the beam diameter of the laser beam incident on the intensity conversion element is limited. Therefore, stable and high quality processing can be performed.
[0048]
In this embodiment, the laser beam oscillated from the laser oscillator is in the TEM00 mode. However, the laser beam mixed with the higher-order mode or the guided mode is not affected by the unstable resonator. Even in the oscillating mode, it can be realized by optimally designing the intensity conversion element and the phase matching element for these modes.
[0049]
In the present embodiment, the size of the opening of the mask 17 is variable. However, the mask 17 can be detachable with the size of the mask fixed, and can be replaced with a mask having the optimum size of the opening according to the processing. Good.
[0050]
Further, although the shape of the opening of the mask 17 is circular, it is needless to say that the shape is not limited to circular.
[0051]
Further, although the variable magnification projection optical system 16 is constituted by the concave lens 61 and the convex lens 62, the number of lenses is not limited to two, and may be constituted by more than that.
[0052]
Further, the variable magnification projection optical system 16 can be constituted not by a lens but also by a reflecting mirror or the like. In short, as long as the intensity and phase of the position of the phase matching element 15 are projected onto the position of the mask 17, the configuration of the variable magnification projection optical system 16 is not limited to a transmission type element such as a lens, but a reflection type element or You may comprise using another element.
[0053]
Further, the variable magnification projection optical system 16 is composed of elements that can move along the optical axis direction, but each component can be attached and detached so that it can be projected at an optimum projection magnification according to the size of the mask. You may make it the system which comprises an optical system each time.
[0054]
In the present embodiment, the laser beam incident on the variable magnification projection optical system 16 includes the telescope 13 and means for making the intensity distribution of the laser beam uniform at a predetermined position, that is, the intensity conversion element 14 and the phase matching here. However, the present invention is not limited to this, and any laser beam having a uniform intensity distribution at a position incident on the variable magnification projection optical system 16 may be used.
[0055]
In addition, as one of means for making the intensity distribution of the laser beam 12 uniform at a predetermined position, the present embodiment has shown an example in which the intensity conversion element and the phase conversion element are composed of two aspheric lenses. It may be composed of binary optics, and the number is not limited to two.
[0056]
Further, as a means for making the intensity distribution of the laser beam 12 uniform at a predetermined position, a transmissive element is used in this embodiment, but a reflective element may be used.
[0057]
Further, as one of means for making the intensity distribution of the laser beam 12 uniform at a predetermined position, a configuration having a telescope 13 is also shown. However, the telescope 13 is not limited to the configuration of two convex lenses, but a concave lens and a convex lens. It may be a Galilean telescope made of the above, and the number of lenses is not limited to two. Further, the telescope may be composed of an arbitrary number of reflecting mirrors.
[0058]
In this embodiment, the laser beam is a CO2 laser beam, but any light suitable for processing such as a YAG laser or a He-Ne laser may be used.
[0059]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, the intensity distribution of the laser beam becomes uniform distribution corresponding to the size of the mask in the object, perform stable processing more uniform processing can and Do Rutotomoni quality be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic enlarged view of an intensity conversion element and a phase matching element according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the intensity distribution of a laser beam in the embodiment. FIG. 4 is a schematic view seen from the optical axis direction of the mask in the embodiment of the invention. FIG. 5 is the size of the mask in the embodiment of the invention. FIG. 6 is a schematic enlarged view of a variable magnification projection optical system according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus in a conventional example. Explanation of]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 CO2 laser oscillator 12 CO2 laser beam 13 Telescope 14 Intensity conversion element 14a Incident side surface 14b of intensity conversion element Output side surface 15 of intensity conversion element Phase matching element 15a Incident side surface 15b of phase matching element Output side surface 16 of phase matching element Projection optical system 17 Mask 18 Projection lens 19 Object 61 Concave lens 62 Convex lens

Claims (15)

レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクと、
前記レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にする手段と、
任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、前記マスク上において任意の倍率で再度均一な強度分布にする変換を行って出力する変倍投影光学系と、
前記マスクの像を加工対象物に投影する光学系と、
を有するレーザ加工装置。A mask that limits the transmission region of the laser beam to an arbitrary shape;
A laser beam configured using an intensity conversion element that makes the intensity distribution of the laser beam uniform at a predetermined position, and a phase matching element that aligns the phase of the laser beam disturbed by the intensity conversion element at the predetermined position Means for making the intensity distribution of
An arbitrary number of transmission or reflection type elements are used, the transmission or reflection type element is moved along the optical axis of the laser beam, and the laser beam having a uniform intensity distribution is set to an arbitrary magnification on the mask. A variable magnification projection optical system that performs conversion to produce a uniform intensity distribution again and outputs ,
An optical system for projecting an image of the mask onto a workpiece ;
A laser processing apparatus. 前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段は、さらに、前記レーザビームのビーム径を調整するテレスコープを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。It said means to equalize the intensity distribution of the laser beam at the predetermined position, further, the laser processing apparatus according to claim 1, characterized in that it is configured using a telescope for adjusting a beam diameter of the laser beam. 前記強度変換素子及び前記位相整合素子は、いずれも一方の面が非球面から構成される非球面レンズであることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ加工装置。The intensity conversion element and the phase matching element, the laser processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the both are one surface aspherical lens made aspheric. 前記変倍投影光学系は、任意の個数の着脱可能な透過又は反射型素子を用いて構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ加工装置。The variable magnification projection optical system, the laser machining apparatus according to any one of claims 1, characterized in that it is constructed using a removable transmissive or reflective element of any number 3. 前記マスクの透過領域が円形で且つ前記マスクの透過領域の大きさが可変であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to any one of the four claims 1 transmissive region of the mask, wherein the size of the transmission area of and the mask circular is variable. 前記レーザビームは、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のレーザ加工装置。The laser beam, the laser machining apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is oscillated with CO2 laser oscillator. 前記マスクの位置と前記加工対象物の位置とを、前記マスクの像を加工対象物に投影する光学系からみて共役な関係とすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザ加工装置。And the position of the workpiece and the position of the mask, according to any of claims 1 to 6, characterized in that a conjugate relationship viewed from the optical system which projects the image of the mask in the object Laser processing equipment. さらに、前記変倍投影光学系に入れるレーザビームの位相を揃える位相整合素子を設け、前記変倍投影光学系が前記位相整合素子と前記マスクの位置とを共役な関係に保つことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。  Further, a phase matching element for aligning the phase of a laser beam entering the variable magnification projection optical system is provided, and the variable magnification projection optical system keeps the phase matching element and the position of the mask in a conjugate relationship. The laser processing apparatus according to claim 1. レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にするステップと、
任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、マスク上において任意の倍率で再度均一な強度分布にする変換を行って出力する変倍投影ステップと、
前記マスク上において前記再度均一な強度分布となる変換を行って出力された前記レーザビームの透過領域を任意の形状に制限する領域制限ステップと、
前記透過領域を任意の形状に制限されたレーザビームを加工対象物に投影して加工を行う加工ステップと、
を有するレーザ加工方法。 An intensity conversion element that makes the intensity distribution of the laser beam uniform at a predetermined position and a phase matching element that aligns the phase of the laser beam disturbed by the intensity conversion element at the predetermined position. Making the intensity distribution uniform;
An arbitrary number of transmissive or reflective elements are used, the transmissive or reflective elements are moved along the optical axis of the laser beam, and the laser beam having a uniform intensity distribution is formed on the mask at an arbitrary magnification. A variable magnification projection step for converting and outputting a uniform intensity distribution again, and
A region limiting step for limiting the transmission region of the laser beam output by performing conversion that becomes the uniform intensity distribution again on the mask to an arbitrary shape ;
A processing step of performing processing by projecting a laser beam, the transmission region of which is limited to an arbitrary shape, onto a processing object ;
A laser processing method comprising: さらに、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする均一化ステップを有し、前記均一化ステップは、前記レーザビームの強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換を行う強度変換ステップと、前記所定の位置において前記強度変換されたレーザビームの位相を揃える位相整合を行う位相整合ステップとを有することを特徴とする請求項９記載のレーザ加工方法。And a uniformizing step for making the intensity distribution of the laser beam uniform at the predetermined position, wherein the homogenizing step performs intensity conversion for making the intensity distribution of the laser beam uniform at the predetermined position. 10. The laser processing method according to claim 9, further comprising: a phase matching step for performing phase matching for aligning phases of the laser beams whose intensity has been converted at the predetermined position. さらに、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする均一化ステップを有し、前記均一化ステップは、前記レーザビームのビーム径を調整する径調整ステップと、前記ビーム径を調整されたレーザビームの強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換を行う強度変換ステップと、前記所定の位置において前記強度変換されたレーザビームの位相を揃える位相整合を行う位相整合ステップとを有することを特徴とする請求項１０記載のレーザ加工方法。And a uniformizing step for uniformizing the intensity distribution of the laser beam at the predetermined position, wherein the uniformizing step is a diameter adjusting step for adjusting a beam diameter of the laser beam, and the beam diameter is adjusted. An intensity conversion step for performing intensity conversion for making the intensity distribution of the laser beam uniform at the predetermined position; and a phase matching step for performing phase matching for aligning the phases of the laser beams subjected to the intensity conversion at the predetermined position. laser processing method according to claim 1 0, wherein. 前記強度変換に用いる素子及び前記位相整合に用いる素子は、いずれも一方の面が非球面から構成される非球面レンズであることを特徴とする請求項１０または１１記載のレーザ加工方法。The strength element used in the device and the phase matching is used for the conversion, according to claim 10 or 11 laser processing method, wherein the both are one surface aspherical lens made aspheric. 前記変倍投影ステップは、任意の個数の着脱可能な透過又は反射型素子を用いて行われることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載のレーザ加工方法。The zoom projection step, a laser processing method according to any one of claims 9, characterized in that it is carried out using a removable transmissive or reflective element of any number 12. 前記領域制限ステップでは、前記制限される透過領域が円形で且つ前記制限される透過領域の大きさが可変であることを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載のレーザ加工方法。Wherein in the area limiting step, a laser processing method according to any one of claims 9 13, transmission area to be the limited and wherein the size of the transmissive region to be and the restriction circular is variable. 前記レーザビームは、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されることを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載のレーザ加工方法。The laser beam, laser processing method according to any of claims 9 14, characterized in that oscillated using a CO2 laser oscillator.
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